第9章光信息技术典型应用

1第9章光电子技术应用实例29.1激光打印•激光打印机是60年代末Xerox公司发明的，流行于九十年代中期。较其他打印设备，激光打印机有打印速度快、成像质量高等优点。3激光打印机结构4工作流程5充电•充电：恒定的电流通过充电滚轴PCR给感光鼓OPC表面均匀的充上负电荷6感光（曝光过程）•感光：激光束照射到感光鼓的部份会产生放电现象，在鼓面上出现潜在的图像。7显影•显影:墨粉被磁铁吸附在显影滚轴上，帮助显影滚轴上的墨粉充上负电荷。感光鼓面上正电荷的部分会将充上负电荷的墨粉吸附过去，在鼓面上形成图像。8转印•转印:在感光鼓面上形成的图像转移到纸张上.  转印滚轴充上正电荷,在纸张下面将墨粉吸附到纸上.9定影•定影:通过高温使墨粉融化并固定在纸上.  热溶组件是由上方的加热滚轴和下方的压力滚轴组成的.10清除•将感光鼓OPC 表面清除干净。•清洁挡片将剩余墨粉收集到废粉仓，防止剩余墨粉漏出来。11激光的作用•由计算机传来的二进制数据信息，通过视频控制器转换成视频信号，再由视频接口/控制系统把视频信号转换为激光驱动信号，然后由激光扫描系统产生载有字符信息的激光束。129.2光存储技术2002年3月，Sony13序言信息存储是将字符、文献、声音、图像等有用数据通过写入装置暂时或永久地记录在某种存储介质中，并可利用读出装置将信息从存储介质中重新再现的技术。存储技术的发展阶段：纸张书写、微缩照片、机械唱盘、磁带、磁盘，到今天的光学存储技术。光学存储技术凝聚了现代光电子技术的精华和技术诀窍，有关检测、调制、跟踪、控制等各种光电方法得到了充分的利用。14序言以互联网为代表的海量信息传输技术的发展带来了海量信息存储问题，这是目前国际上的研究热点之一。大容量、高速度、高密度、高稳定性和高可靠性的存储系统竞相研究与推出，各类信息库及工作站相继建成，目前信息存储中的记录方式向全光光盘方向发展。15光盘存储光盘存储包括信息的“写入”和“读出”过程。信息“写入”是利用激光，将要存储的模拟或数字信息通过调制聚焦到记录介质上，使介质的光照微区发生物理或化学变化，从而实现信息记录。而信息“读出”是利用低功率密度的激光扫描信息轨道，利用光电探测器检测信号记录区反射率的差别，通过解调取出所需的信息。16•记录用光盘：也称“写后直读型（draw）”光盘。它兼有写入和读出两种功能，并且写入后不需要处理即可直接读出所记录的信息。•专用再现光盘：也称“只读（read only）”型光盘。它只能用来再现由专业工厂事先复制的信息，不能由用户自行追加记录。光盘存储类型17光盘存储的特点存储密度高：存储密度是指记录介质单位长度或单位面积内所存储的二进制位数B。前者称线密度，一般是103B/ mm,后者是面密度,一般是105～106B/mm2。在直径为300mm的数字光盘中，光盘纹迹间距为1.6um，每面有54000道纹迹，如果每圈纹迹对应一幅图像，则可供容纳50000多幅静止图像。写入读出率高：数字光盘单通道可达25×106位/s。数据传输速率可达每秒几至几十MB量级，并向每秒GB、TB量级发展。存储寿命长：光记录中，记录介质薄膜封入两层保护膜之中，激光的写入和读出都是无接触过程，防尘耐污染，因此寿命很长，库存时间大于10年以上，而商用磁盘仅为3～5年。每信息位的价格低、易复制。有随机寻址能力：随机存取时间小于60ms。18光盘存储的工作原理激光器光调制器信号处理待存储数据光电检测放大处理输出光盘1010001010110019光盘存储的工作原理DVD光盘比VCD光盘的存储容量更大。20光盘存储系统系统构成：1.光学系统（激光头）：使激光束聚焦并沿光道前进。2.机械系统（转动板）：使光盘根据要读的数据的物理位置以不同的速率旋转。3.控制系统：控制焦点、光道、旋转板马达、旋转速率以及控制用户输入等功能。4.信号处理系统：对从光盘上读取的数据进行解码和纠错处理。21光信息存储新技术信息技术的飞速发展，对海量信息存储的需求迅猛增长。然而，正在全世界兴起的信息高速公路网和计算机小型化发展中，信息存储系统仍是一个相对薄弱的关键性环节。光存储目前达到的存储密度和数据传输速率还远远满足不了飞速发展的信息科学技术的要求为了提高存储密度和数据传输速率，光存储正在由长波向短波、低维向高维（即由平面向立体）、远场向近场、光热效应向光子效应、逐点存储向并行存储发展。提高光盘存储密度的途径很多，其中见效最快的是缩短激光波长以缩小记录光斑尺寸的方法。采用近场光学扫描显微技术和其他纳米技术使磁光、相变等目前己广泛应用于光盘存储的介质和一些新密光存储介质的存储密度大幅度提高，也是一个广为研究的课题。22光信息存储新技术三维立体存储是超大容量信息存储的最重要途经。这方面的研究目前集中在三个方向：体全息存储、双光子吸收三维存储和多层记录存储。光存储介质一直是光存储技术研究的关键，因此，寻找适合于快速超高密度和超大容量信息存储材料的努力从来都被放在首要地位，无机光存储材料的研究较为成熟。从总体发展水平来看，在光存储特别是超高密度光信息存储方面的应用研究，目前国际上还基本处于刚刚起步的阶段。239.3全息技术249.3全息技术特点：若全息图被打碎成多块碎片，其中的一片碎片就可重现原物的完整形象。全息技术是由英国科学家丹尼斯·伽柏（DennisGabor）于1948年提出来的，伽柏并因此在1971年获得了诺贝尔物理学奖，当初的目的是想利用全息术提高电子显微镜的分辨率，伽柏当初使用汞灯作为光源，但是汞灯作为光源还不是很理想，这种技术由于要求高度相干性及高强度的光源而一度发展缓慢。1960年激光的出现促进了全息术的发展，并使这一想法付诸实现。目前全息术已从光学发展到微波、Ｘ射线和声波等其他波动过程，成为科学技术的一个新领域。25全息照相与普通照相的区别•1、普通照相：以几何光学规律为基础，仅记录物各点的光强（振幅），物像之间点－点对应，是二维平面图像，对光源无特别要求，一般光源即可。•2、全息照相：以干涉衍射波动光学规律为基础，记录物体各点的全部信息（振幅、位相），物像之间点－面对应，是立体图，要求参考光束与各物点的光束是相干的，一般采用激光光源。26全息摄影的造图过程用干涉法记录物光波(1)用一束与物光束相干的平行光束与原物光束同时照射底片，得到干涉条纹的图象，记录图象的底片为原物的全息照片。27全息摄影的建像过程(2)用与造图时相同波长的激光照射全息照片，能在照片两侧特定的方向和位置得到物体的虚像和实像。用衍射法再现物光波28全息图的形成（例子1）使从点光源（可以认为是从物体上的一点反射出来的光，也可考虑为有一个针孔）发出的相干激光束A与另一方向射来的激光束B在照相干板上叠加而产生干涉，形成干涉条纹。29全息图的形成（例子1）如果将这种干板冲洗后，则可变成一种衍射光栅，即全息照片（或称作全息图）。再现像30全息图的形成（例子2）屏上形成干涉条纹31全息图的形成（例子2）用同一波长的相干光照射全息图，全息图就像衍射光栅一样将光波衍射，可观测到三维的立体象。32全息图的基本类型1.同轴全息图2.离轴全息图3.菲涅耳全息图4.傅里叶变换全息图5.像全息图6.彩虹全息图7.体积全息图8.计算全息33panda为彩虹全息图34“Fish”为单色反射全息图35“mask”为彩色反射全息图36全息技术的应用1.全息显示2.模压全息3.全息光学元件4.全息干涉计量5.全息信息存储6.防伪标记37全息显示技术的应用IO2科技发明了世界第一台交互式3D全息显示器。这个被IO2叫作HelioDisplay，用激光勾画出3D显示图案。这种在科幻小说才能看到的东西还可以用手指直接控制它，看来鼠标的末日终于来了。只是显示器的效果的确还不能令人折服，但是产品本身是很有潜力的。IO2科技已经正式验收了这个产品，而且准备试发售该产品。38全息技术在防伪领域中的应用第一代商用模压防伪全息技术（彩虹二维/三维)第二代改进型激光全息防伪技术第三代加密全息图像防伪技术第四代激光全息防伪技术应用计算机图像处理技术改进全息图像透明激光全息图像防伪技术反射激光全息图像防伪技术激光阅读光学微缩随机干涉条纹组合全息图真三维全息图39全息技术防伪原理物体信息如文字、图案激光干涉载体记录光源物体信息再现衍射40全息术在防伪领域的应用前景计算机与传统全息图的结合，使得全息图在制作原理、制作过程以及视觉效果上都实现了一次革命。计算机制作的全息图能再现人为想象的、自然界不存在的造型，并利用全息合成技术，表现立体动态效果。此外，计算机对全息制作过程的介入，提高了生产的自动化和精确程度，解决了人手难以实现的困难，从而也为开发更新颖、更可靠的模压全息图提供了基础。全息图与其他相关学科结合以提高防伪性能已成为防伪领域全息术发展的又一个显著特点。多学科的结合使得小小的一枚全息图上具备光电、光磁、红外、荧光显示等多重防伪手段。419.5 光纤通信光探测器光中继器或光放大器解调器光接收机光纤光纤调制器光发射机光源信息复用器信息解复用器单信道光纤通信系统示意图光－光中继器：直接将光信号放大，以补偿光纤传输过程中引起的损耗。光－电－光中继器：将光信号先转换为电信号，再将电信号转换为光信号放大。•光发射机的作用：把电信号转变为光信号注入光纤传输。•光接收机的作用：把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号，对其放大并解调出原基带信号。•光中继器的作用：对经光纤传输衰减后的信号进行放大。光中继器有光‐电‐光中继器和光－光中继器。429.5 光纤通信光探测器光中继器或光放大器解调器光接收机光纤光纤调制器光发射机光源信息复用器信息解复用器单信道光纤通信系统示意图复用器（也叫合波器）：将多个信号（波长）合在一根光纤中传输。解复用器（也叫分波器）：将一根光纤中传输的多个波长信号分离。复用器解复用器43光信号的复用方式•1.光频率复用：用一根光纤可以同时传送许多不同频率的光波。在接收端通过窄带滤光片将光信号分路出来。•2.光空分复用：利用不同的空间位置进行不同光信号的传送，实现许多根光纤组成一根光缆的空间复用。由于不用滤光片，更加经济。•3.光时分复用：利用不同的时间间隔传送不同的光脉冲。44光时分复用示意图1/TTTTB信道信道信道信道1234复用后的信号DTDTDT使用延迟线对输入脉冲流在时间上进行调整，使加于光复用器上的每个信道的脉冲流依次延迟一段时间TD。45作业题1.普通照相与全息照相的区别是什么？2.光纤传输系统中光信号的复用方式主要有哪些？3.光纤传输系统中的复用器与解复用器的作用分别是什么？46The end!